一種基于河相關(guān)系的航道整治設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種航道整治的設(shè)計(jì)方法，特別是涉及一種基于河相關(guān)系的航道整治 設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，流域兩岸開發(fā)進(jìn)程不斷加快，為滿足運(yùn)量快速增長的需 求，適應(yīng)船舶大型化的發(fā)展需要，對航道等級需求也越來越高。實(shí)踐中提高航道等級主要采 取工程手段，改善或維護(hù)航道通航尺度，常用的方法有疏浚和整治。疏浚費(fèi)用較高，且容易 回淤。而航道整治方法可因勢利導(dǎo)，順應(yīng)河勢，具有穩(wěn)定、改善航道航行條件的優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 現(xiàn)有的航道整治方法，一般是根據(jù)內(nèi)河航道整治理論進(jìn)行航道整治設(shè)計(jì)，即：基于 輸沙平衡等原理確定整治水位和航道寬度，進(jìn)行整個航道的整治設(shè)計(jì)。其中，整治水位采用 優(yōu)良平攤水位法、多年平均流量法、造床流量法或水位與航深關(guān)系法等，并結(jié)合河段的整治 經(jīng)驗(yàn)分析確定；整治寬度根據(jù)河段的具體情況和整治經(jīng)驗(yàn)綜合分析確定。而河段經(jīng)實(shí)踐檢 驗(yàn)效果良好的經(jīng)驗(yàn)公式，則作為計(jì)算整治線寬度的主要依據(jù)，在缺乏整治經(jīng)驗(yàn)的河流上，整 治線寬度采用優(yōu)良河段模擬法、實(shí)測河寬與水深關(guān)系法或理論計(jì)算法確定。這種設(shè)計(jì)方法 的缺陷是：一是過多依賴工程實(shí)踐的積累經(jīng)驗(yàn)，耗時長，二是對于不同形態(tài)的航道段如河口 段的整治仍沿用內(nèi)河航道整治理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，無法滿足實(shí)際的航道全程河床地貌形態(tài)的整 治要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于河相關(guān)系的航道整治設(shè)計(jì)方法，其克 服了以往航道整治過多依賴工程實(shí)踐的積累經(jīng)驗(yàn)的缺陷，方法簡潔、節(jié)省時間，能夠適應(yīng)與 滿足不同河床地貌形態(tài)的航道段的整治要求。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0006] 一種基于河相關(guān)系的航道整治設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括由如下步驟：
[0007] 步驟一、計(jì)算航道沿程各斷面特征流量；根據(jù)航道水下地形實(shí)測資料，在研宄區(qū)域 將河段均勻分為若干個斷面；根據(jù)研宄區(qū)域地形及相關(guān)水文資料，建立二維平面潮流數(shù)學(xué) 模型并采用數(shù)值方法對其求解，利用實(shí)測水文資料對模型參數(shù)進(jìn)行率定，驗(yàn)證達(dá)到精度要 求后進(jìn)行工程后的潮流數(shù)值模擬；
[0008] 步驟二、計(jì)算航道河床斷面面積、河寬和平均水深特征值：根據(jù)水下地形實(shí)測資 料，統(tǒng)計(jì)各斷面平均特征流量對應(yīng)的水位線以下河床的斷面面積、河寬和平均水深特征 值；
[0009] 步驟三、擬合航道的河相關(guān)系式：簡化基于河床最小活動性原理的河相關(guān)系公式， 利用簡化的河相關(guān)系公式線性回歸分析上述計(jì)算所得的特征流量與斷面面積，建立能真實(shí) 反映天然情況下水流動力條件特征流量與河床面積間的河相關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式；
[0010] 步驟四、計(jì)算航道寬深比，并歸類統(tǒng)計(jì)；
[0011] 步驟五、利用所述步驟四中所確定的河相關(guān)系和寬深比，進(jìn)行航道整治工程的尺 寸設(shè)計(jì)。
[0012] 在所述步驟一中，所述二維平面潮流數(shù)學(xué)模型的控制方程式分別是：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于河相關(guān)系的航道整治設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括由如下步驟： 步驟一、計(jì)算航道沿程各斷面特征流量；根據(jù)航道水下地形實(shí)測資料，在研宄區(qū)域?qū)⒑?段均勻分為若干個斷面；根據(jù)研宄區(qū)域地形及相關(guān)水文資料，建立二維平面潮流數(shù)學(xué)模型 并采用數(shù)值方法對其求解，利用實(shí)測水文資料對模型參數(shù)進(jìn)行率定，驗(yàn)證達(dá)到精度要求后 進(jìn)行工程后的潮流數(shù)值模擬； 步驟二、計(jì)算航道河床斷面面積、河寬和平均水深特征值：根據(jù)水下地形實(shí)測資料，統(tǒng) 計(jì)各斷面平均特征流量對應(yīng)的水位線以下河床的斷面面積、河寬和平均水深特征值； 步驟三、擬合航道的河相關(guān)系式：簡化基于河床最小活動性原理的河相關(guān)系公式，利用 簡化的河相關(guān)系公式線性回歸分析上述計(jì)算所得的特征流量與斷面面積，建立能真實(shí)反映 天然情況下水流動力條件特征流量與河床面積間的河相關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式； 步驟四、計(jì)算航道寬深比，并歸類統(tǒng)計(jì)； 步驟五、利用所述步驟四中所確定的河相關(guān)系和寬深比，進(jìn)行航道整治工程的尺寸設(shè) 計(jì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于河相關(guān)系的航道整治設(shè)計(jì)方法，其特征在于：在所 述步驟一中，所述二維平面潮流數(shù)學(xué)模型的控制方程式分別是：
其中：x、y為直角坐標(biāo)系坐標(biāo)；t為時間變量；h為平均水深；ζ為相對于平均海平面的 潮位；Ux、化為X、y方向上的垂線平均速度；P為水流密度；g為重力加速度；N χ、乂為X、y 方向的水平紊動粘性系數(shù)；f為科氏參數(shù)，即f = 2〇sin<i)，其中ω為地球旋轉(zhuǎn)角速度、φ 為煒度；選取特征流量作為代表流量，利用潮流數(shù)學(xué)模型計(jì)算沿程各斷面平均特征流量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于河相關(guān)系的航道整治設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述 步驟三的具體過程為： 依據(jù)將河床最小活動性原理應(yīng)用到潮汐河流而提出的河相關(guān)系公式：
⑷ 將面積與特征流量間關(guān)系簡化為：A = kQ8/9 (5) 利用公式（5)將上述計(jì)算出的特征流量Q8/9與斷面面積A進(jìn)行線性回歸分析，確定出 擬合良好的河相關(guān)系式斜率k，建立能真實(shí)反映天然情況下水流動力條件特征流量與河床 面積間的河相關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于河相關(guān)系的航道整治設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述 步驟四的具體過程為：依據(jù)所述步驟二所統(tǒng)計(jì)的沿程各斷面的河寬和平均水深，根據(jù)寬深 關(guān)系公式'計(jì)算各斷面寬深比，將研宄區(qū)域河段分為彎曲段、過渡段、微彎段三種 h · 河段形態(tài)，統(tǒng)計(jì)其寬深比變化范圍及特征。針對不同河段形態(tài)進(jìn)行寬深比計(jì)算，并分析其中 存在的規(guī)律，重點(diǎn)是寬深比的大小和變化范圍，分析確定各種河段形態(tài)最為合適的整治寬 深比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于河相關(guān)系的航道整治設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述 步驟五的具體過程為：按照航道等級規(guī)劃要求，結(jié)合擬整治河段的形態(tài)特征，按照所述步驟 四中所確定的寬深比數(shù)值與河相關(guān)系式，由斷面積公式A = BH，計(jì)算出整治寬度，從而進(jìn)行 航道整治工程尺寸設(shè)計(jì)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于河相關(guān)系的航道整治設(shè)計(jì)方法，包括由如下步驟：步驟一、計(jì)算航道沿程各斷面特征流量；步驟二、計(jì)算航道河床斷面面積、河寬和平均水深特征值；步驟三、擬合航道的河相關(guān)系式；步驟四，計(jì)算航道寬深比，并歸類統(tǒng)計(jì)；步驟五、利用所述步驟四中所確定的河相關(guān)系和寬深比，進(jìn)行航道整治工程的尺寸設(shè)計(jì)。本發(fā)明克服了以往航道整治過多依賴工程實(shí)踐累積經(jīng)驗(yàn)的缺陷，設(shè)計(jì)方法簡潔、節(jié)省時間，能夠適應(yīng)與滿足不同河床地貌形態(tài)的航道段的整治要求。
【IPC分類】E02B5-04
【公開號】CN104631392
【申請?zhí)枴緾N201510026951
【發(fā)明人】付中敏, 曹昊, 張瑋, 劉杰, 張妍
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月19日